丝状菌菌丝体特征及颗粒化过程研究

一定的丝状菌繁殖能促进颗粒污泥形成的作用已受到广泛关注。申请者前期研究发现丝状菌可改变其在传统污泥中的发散成长模式，通过菌丝缠绕形成密实的颗粒污泥，但尚不清楚丝状菌颗粒化的机理和诱导条件。为此，本项目以探索丝状菌菌丝体在不同操作条件下变化规律为基础、以分析菌丝凝聚与菌丝体致密过程的影响因素为核心内容，开展丝状菌菌丝体特征及颗粒化过程研究。项目将重点研究丝状菌菌丝体在颗粒化过程中的演替规律；探明胞外多聚物组分和化学条件对菌丝凝聚的影响和作用机制；通过分析菌丝体的微生物环境(DO、pH、生长势RNA/DNA)、菌丝空间成长模式(切向、法向)、菌丝体空间网络特性（弹性、溶胀性、孔隙分布），揭示丝状菌颗粒化机理和调控原理；通过理论分析与数学模拟，建立丝状菌颗粒污泥形成的动力学模型。项目的研究将为丝状菌颗粒污泥形成过程的定向诱导和稳定化调控提供理论基础。

项目研究以丝状菌致密为核心，开展了各种条件下的丝状菌致密生长的实验研究。项目研究在丝状菌结构特性、种群变化规律、菌丝体内部结构、菌丝体诱导致密条件以及动力学传质与代谢产物分布特性等方面获得了重要的理论成果。.　　提出了菌丝体网络结构的定量描述方法即椭圆度和节点线密度可有效表征菌丝体的结构特征，椭圆度增大、节点密度降低表明丝状菌趋于致密、絮体沉淀性能变好。.　　从丝状菌对于聚集体的形态的选择性、菌丝结构与丝状菌类型的内在联系以及剪切力与菌丝体网眼的结构在丝状菌污泥颗粒化过程的作用等方面进行了系统研究，颗粒化过程实际上也是丝状菌菌群的不断演替的过程，不同的丝状菌在不同微生物聚集体中的分布有所不同；在统计分析的基础上，建立了丝状菌菌种与聚集度的关系图。.　　通过淀粉样蛋白在不同致密菌丝体内的空间分布，基于RNA与DNA染色的生长势分布以及pH、金属离子对胞外物质基础成长模式的影响等多方面数据分析，确立了致密菌丝体结构特征的关键致密因子。通过超声波破碎实验，对菌丝体的致密成长过程进行了解析：较大的颗粒是由丝状菌和非丝状菌成层交替生长，而较小的颗粒则几乎全部由丝状菌组成，还有一种致密形式为交错生长的丝状菌通过其孔眼捕获颗粒或絮体污泥，逐渐形成沉淀性能较高颗粒。.　　从常用颗粒化工艺条件、传统颗粒与丝状菌混合、投加玉米粒、改善沉淀过程的搅拌条件等几方面对丝状菌致密过程的条件进行了系统研究。基于成核思想致密的基本出发点是短期改善丝状菌的沉淀性能，在获得短期沉淀性能的条件下，考察了丝状菌是否可诱导为致密生长。这一部分的研究工作包括非生物核、生物核以及化学致密等方面。基于微生物代谢调控主要是通过改善菌丝的沉淀性能从而改变气液传质等特性，进而完成丝状菌致密或丝状菌筛选过程，以获得良好的絮体结构。.　　探讨了活性污泥系统典型动力学参数与絮体沉淀性能之间的内在联系：各类呼吸比例与沉淀性能关系不明确，进而难以建立数学模型；分析了丝状菌及其在不同致密条件下对气液传质过程影响：丝状菌对气液传质效果的影响取决于其结构而不是数量；阐明了代谢产物与污泥沉淀性能之间的内在联系：沉淀性能较好的絮体其代谢产物如SMP、杂环类物质含量较高，从而为通过生物代谢调控絮体结构提供了依据。.　　本项目研究成果发表论文29篇，其中14篇为期刊论文，申报或获准专利4项，陕西省科技进步一等奖1项，学术会议优秀论文奖2项。